[发明专利]CeH2.5-NaH-Al复合储氢材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种CeH_2.5-NaH-Al复合储氢材料及其制备方法，采用CeH_2.5、NaH和Al粉末，在氢气保护反应机械球磨的制备方法，合成CeH_2.5-NaH-Al复合储氢材料，其在150℃，1大气压放氢压力下，有效放氢容量大于3.6wt％，最大放氢容量可达4.3wt％。而价格只有以商业NaAlH₄为原料的CeH_2.5-NaAlH₄复合储氢材料的1/20。

背景技术

面临化石燃料资源日渐匮乏和生态环境趋于恶化的双重压力，开发替代化石燃料的氢能技术已经成为一个重要课题。贮氢是整个氢能技术中最关键的环节。化学储氢是目前被认为最有发展潜力的高效储氢方法，其储氢介质主要为金属氢化物，利用金属或合金与氢反应生成金属氢化物的固态储氢方法，可以获得体积储氢密度达到标准状态下氢的1000倍左右储氢系统，且储氢压力较低，不用复杂容器就可储存。此外，由于金属氢化物具有对氢选择性吸收的特性，所以金属氢化物释放的氢气纯度可以达到6N以上，达到了对氢的有效纯化作用。因此，以金属氢化物储氢材料为介质的固态储氢系统，已经成为以氢为原料的质子交换膜燃料电池系统的发展中的重要方向。

为进一步提高单位重量的固态储氢系统的有效储氢容量，需要发展具有高储氢容量的储氢材料。按照美国能源部的要求，以质子交换膜燃料电池为动力的小型轿车，要达到单次充氢后能行使480Km，其车载固态储氢系统中储氢材料的重量储氢容量需达到6wt％。在现有的金属氢化物储氢材料中，以NaAlH₄为代表的络合轻金属氢化物是最接近此目标要求的储氢材料，它在分解放氢过程中具有如下两步反应过程：

NaAlH₄→1/3Na₃AlH₆+2/3Al+H₂                        (1)

Na₃AlH₆→3NaH+Al+3/2H₂                             (2)

(1)和(2)反应分别在210和250℃下进行，放氢量分别为3.7wt％和1.9wt％，总的理论放氢量为5.6wt％，但反应动力学较慢且反应不可逆，即只能进行单次放氢而不能再次储氢。1996年，Bogdanovic首次研究发现[B.Bogdanovic，M.Schwickardi.J.Alloys and Compd.1997，253-254：1]，在NaAlH₄中掺入适量Ti类催化剂后，上述两步分解温度可降为100℃和185℃，放氢动力学性能也有了一定的提高，而更为重要的是实现了NaAlH₄的可逆储氢，其有效可逆储氢量为3.1wt％。

因NaAlH₄价格昂贵(单价为20元/克)，Bogdanovic等通过廉价的NaH和Al粉为原料(价格为NaAlH₄的1/15)，在Ti(OBuⁿ)₄、TiCl₃等催化剂作用下，逆反应合成NaAlH₄储氢材料的方法并获得了成功[B.Bogdanovic，M.Schwickardi.Appl.Phys.A，2001，72：221]，但是，由于他们所采用的催化剂本身不具备储氢能力且分子量较大，反应过程中生成了不易挥发的惰性副产物(Na₂O、NaCl)，因此逆反应合成体系的有效储氢量低于4wt％，距离以NaAlH₄为储氢原料的体系放氢性能有一定的差距。对此，Wang等人以单质Ti粉和TiH₂为催化剂，以避免催化剂在逆反应合成生成有害的惰性副产物考虑，与NaH和Al粉逆反应合成NaAlH₄储氢材料，获得了具有3.3wt％储氢容量的复合储氢材料[P.Wang，C.M.Jensen.J.Phys.Chem.B.2004，108：15827]，但该体系的循环储放氢容量衰减比较显著。

发明内容

本发明目的在于提供一种金属Ce氢化物的应用。